1.1 概述

      DCS 系統(tǒng)可以按不同控制策略設(shè)計(jì)適合不同型式火電機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。用直接能量平衡 (DIRECT ENERGY BALANCE 或 D-E-B) 概念去設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) (CCS) 將有很大的益處。

協(xié)調(diào)系統(tǒng)提供如下的控制 :

a ．通過一個反應(yīng)快速的閉環(huán)發(fā)電量控制使發(fā)電量與負(fù)荷指令相匹配；

b ．在任何工況下通過一個鍋爐需求自校準(zhǔn)算法使鍋爐的出力與汽機(jī)的能量要求相匹配；

c ．以安全方式協(xié)調(diào)鍋爐的幾個輸入量。

下面的控制環(huán)路和過程變量由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制：

a ．發(fā)電量 ( 總兆瓦數(shù) ) ；

b ．燃料流量 ( 給煤 ( 粉 ) 機(jī)轉(zhuǎn)速或磨煤機(jī)入口一次風(fēng)擋板 ( 雙進(jìn)雙出球磨 ) 和燃油流量 ) ；

c ．二次風(fēng)量 ( 送風(fēng)機(jī)葉片傾角 ) ；

d ．一次風(fēng)量 ( 磨煤機(jī)風(fēng)量，溫度及一次風(fēng)道壓力 ) ；

e ．爐膛壓力 ( 引風(fēng)機(jī)葉片傾角 ) ；

f ．給水流量和汽包水位 ( 給水泵轉(zhuǎn)速，閥門位置及再循環(huán)控制 ) ；

g ．凝結(jié)水流量，除氧器水位和凝汽器水位；

h ．蒸汽溫度 ( 減溫器噴水閥，檔板和再熱器噴水閥 ) 。

1.2 用直接能量平衡策略的協(xié)調(diào)控制

      鍋爐與汽機(jī)間協(xié)調(diào)控制的發(fā)展是建造現(xiàn)代大型蒸汽發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)之一，經(jīng)過四十多年的發(fā)展歷程，目前在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了卓有成效的進(jìn)展。世界上許多機(jī)構(gòu)和公司都為其做出了不朽的貢獻(xiàn)。

      協(xié)調(diào)控制，顧名思義，也即是協(xié)同操作鍋爐的輸入燃料、風(fēng)、給水和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組來滿足電廠的首要任務(wù)—使發(fā)電量與負(fù)荷指令匹配。根據(jù)這個定義，對機(jī)組的負(fù)荷指令將同時(shí)作為對鍋爐輸入量和機(jī)組發(fā)電量的要求信號。這即是著名的直接能量平衡 (DEB) 概念的基礎(chǔ)。

      傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，對鍋爐和汽機(jī)施加了一個共同的機(jī)組指令信號。該信號用于鍋爐控制時(shí)，首先產(chǎn)生動態(tài)微分調(diào)節(jié)作用，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，按速率增強(qiáng)燃燒（過燃），當(dāng)負(fù)荷將下降時(shí)，按速率減弱燃燒（欠燃）。這種微分操作除按負(fù)荷大小比例調(diào)節(jié)燃燒強(qiáng)度外，還補(bǔ)償鍋爐固有的存貯能量。圖 2-1 是這種傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的簡化框圖。

      機(jī)組負(fù)荷指令信號經(jīng)壓力偏差積分控制器修正后，送到燃料和風(fēng)量控制器以糾正壓力偏差，這是假定沒有其它的修正、閉鎖或超馳時(shí)的情況。

      目前使用的 DEB 除了能夠維持鍋爐和汽機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)的平衡外，還可以在緊急情況或設(shè)計(jì)要求下，單獨(dú)改變汽機(jī)的運(yùn)行工況同時(shí)繼續(xù)維持鍋爐汽機(jī)間的平衡。

      在 DEB 中，發(fā)電量控制和鍋爐需求兩者間不是直接相關(guān)的。鍋爐需求信號是基于汽機(jī)對能量的要求計(jì)算出來的，這個能量要求稱為“能量平衡信號 " ，它代表了在任何工況下汽機(jī)對蒸汽的需求量。 " 能量平衡信號 " 隨著汽機(jī)閥門的開度變化而變化，即使在故障情況下或手動調(diào)節(jié)汽機(jī)閥門時(shí)，上述計(jì)算也能得出正確結(jié)果。此外 DEB 的鍋爐需求還盡量減小對前饋微分的采納和影響，并對負(fù)荷變化起到更加穩(wěn)定的控制。圖 2-2 表明了 DEB 的控制策略。

圖 2-1 傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的簡化框圖

圖 2-2 DEB 的控制策略

1.3 發(fā)電量控制

      當(dāng)汽機(jī)的控制處在 " 遠(yuǎn)方自動 " 方式時(shí)，發(fā)電量控制由一快速響應(yīng)的閉合環(huán)路來實(shí)現(xiàn)。當(dāng) " 遠(yuǎn)方自動 " 方式建立起來時(shí)，從汽機(jī)控制送出一個閉合接點(diǎn)信號通知 CCS 系統(tǒng)，同時(shí)汽機(jī)控制屏蔽第一級壓力反饋信號而接受來自 CCS 系統(tǒng)的 4-20MA 指令信號。與此同時(shí) CCS 系統(tǒng)也送出一閉合接點(diǎn)信號到汽機(jī)控制系統(tǒng)，以表明鍋爐在自動壓力控制方式之下。

      負(fù)荷指令信號可以由操作員來設(shè)置（以汽機(jī)為基礎(chǔ)的方式）或是來自自動調(diào)度系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)信號（ ADS 方式），有一個畫面專門用來選擇操作方式和人為設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值。

      當(dāng)負(fù)荷指令為自動控制方式（ ADS 方式）時(shí)， ADS 系統(tǒng)將送出脈沖作為增減發(fā)電量的信號，這些信號被積分后形成了對機(jī)組的負(fù)荷指令信號，這個信號的變化速率是受到限制的，該限制值由操作員設(shè)定。由于汽機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)包含有一個頻率控制回路，該控制系統(tǒng)必須也有一個相似但反相的偏置，因而在兩系統(tǒng)間沒有交互作用。

      實(shí)際的負(fù)荷控制是一個串級的回路，主回路中利用發(fā)電量信號 ( 總兆瓦數(shù) ) 作為外部較慢的控制變量，而以第一級壓力作為內(nèi)環(huán)的快速響應(yīng)控制變量。

      調(diào)速器的開大可以被主汽壓力偏差及燃料或風(fēng)量的偏差所閉鎖，這些偏差會導(dǎo)致鍋爐需求下降，如果這些變量的偏差超過允許值，則也將關(guān)小汽機(jī)調(diào)門。

      串級控制的主要好處是使調(diào)速汽門的響應(yīng)線性化。非線性產(chǎn)生的原因是由于閥門開度非線性，摩擦及遲滯等因素造成的。運(yùn)用該系統(tǒng)后，指令的變化將總能夠產(chǎn)生一個發(fā)電量呈線性變化的結(jié)果，圖 3-2 。

      當(dāng)鍋爐需求控制處在手動操作狀態(tài)或在鍋爐基本負(fù)荷方式時(shí)，調(diào)門也能以自動方式來控制，在這種方式下（汽機(jī)跟隨），調(diào)門處于自動控制，以維持主汽壓力于設(shè)定值。

圖 3-1

圖 3-2

1.4 汽機(jī)對鍋爐的需求（簡稱鍋爐需求）

      能量平衡信號也就是汽機(jī)對鍋爐的需求信號，該信號代表了實(shí)際汽機(jī)閥門的開度，即汽機(jī)對輸入能量的需求。

      能量平衡信號是汽機(jī)第一級壓力與主汽壓力（主汽門前壓力）之比 (P1/PT) ，它之所以有用是因?yàn)樗€性地代表了汽機(jī)閥門的有效位置，因此可用來作為調(diào)節(jié)鍋爐輸入的基準(zhǔn)。另外，該信號不象其它信號那樣會受到鍋爐工況的擾動（例如燃料質(zhì)地的變化）。所謂其它信號指的是通常采用的蒸汽負(fù)荷信號，如蒸汽流量或第一級壓力等，這些信號在鍋爐擾動發(fā)生時(shí)會產(chǎn)生再生作用（正反饋）。

僅僅采用蒸汽壓力和蒸汽流量前饋信號有兩個基本問題 :

a ．蒸汽壓力控制器僅在偏差發(fā)生時(shí)才起反應(yīng)，也就是說在控制系統(tǒng)采取措施以前壓力偏差必須首先產(chǎn)生。在這種情況下控制系統(tǒng)將肯定產(chǎn)生一個壓力過調(diào)量。壓力偏差將被控制算法所積分。并當(dāng)壓力再次越過設(shè)定點(diǎn)時(shí)，又向相反方向積分。這個問題的解決方法是在指令和反饋中采取比例和微分的調(diào)節(jié)方式。

b ．蒸汽流量是一個再生前饋信號，當(dāng)燃料的發(fā)熱值變化時(shí)，該信號將激發(fā)更進(jìn)一步的控制作用，與正確校正的蒸汽壓力和流量的作用方向相反。

      如有燃料發(fā)熱量增加的擾動時(shí)，將會使鍋爐輸入過多，使蒸汽流量增大，汽機(jī)把它當(dāng)作需求，前饋給鍋爐，則鍋爐要增加燃料量，使流量進(jìn)一步增大。

      但能量平衡信號對于這種現(xiàn)象的反應(yīng)是不敏感的，當(dāng)由于燃料質(zhì)量發(fā)生變化而導(dǎo)致鍋爐輸出變化時(shí)，主汽壓力和第一級壓力將以相同的百分比變化，因而兩者之比將不受影響。

      更進(jìn)一步，能量平衡信號能補(bǔ)償任何壓力的變化，它是汽輪機(jī)所需要的蒸汽流量的真實(shí)反映，因而也是鍋爐輸入量的真實(shí)反映，因?yàn)樗潜恢髌麎毫υO(shè)定值 (PS) 相乘的結(jié)果 :

鍋爐能量需求值＝ P1/PT × PS

      在手動或自動控制負(fù)荷、頻率變化或故障超馳情況下，能量平衡信號都向鍋爐的輸入量（燃料和空氣）精確地反映了汽機(jī)的需求量值。

      能量平衡信號是一個自校準(zhǔn)的信號，由于反饋給汽機(jī)控制的信號通常是 P1 ，因而控制將把閥門置于能滿足發(fā)電量需求的位置上。 P1 與輸入至汽機(jī)的能量有著直接的比例關(guān)系，因而與機(jī)組輸出的兆瓦數(shù)成比例。由于鍋爐的儲能和汽機(jī)閥門的快速響應(yīng)，對于機(jī)組出力的要求將很快地予以滿足，當(dāng)然在一定時(shí)間內(nèi)還會影響主汽壓力，這主要由燃料輸送系統(tǒng)和鍋爐內(nèi)熱量傳遞造成的時(shí)間滯后引起的。當(dāng) PT 下降后，能量平衡信號將增加，以適量地加強(qiáng)鍋爐的燃燒，補(bǔ)償鍋爐儲能的流失。隨著主汽壓力逐漸趨近其定值，此時(shí)輸入給鍋爐的能量與鍋爐的出力持平。

      大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)系統(tǒng)將一公共指令信號加到汽機(jī)調(diào)節(jié)器和鍋爐輸入端，把一個任意的動態(tài)導(dǎo)前信號加到鍋爐需求信號上，而該信號未必能進(jìn)行過程自校正，在整個負(fù)荷變化期間它保持恒定，它只根據(jù)需求信號的變化率進(jìn)行校正。

1.5 動態(tài)補(bǔ)償

      簡單地維持鍋爐輸入與能量平衡信號相適應(yīng)，終究不能保持爐機(jī)間的平衡。汽機(jī)調(diào)節(jié)閥門變化而引起的鍋爐儲能的變化在能量平衡信號的自校正過程中反應(yīng)出來。

      然而，鍋爐儲能和鍋爐負(fù)荷之間是一個非線性的關(guān)系，因而鍋爐需求信號要求有一個動態(tài)補(bǔ)償，補(bǔ)償量將有一定的過調(diào)。這個暫時(shí)的過調(diào)量使機(jī)爐之間的不平衡減至最小，并改善壓力的控制。每臺鍋爐控制系統(tǒng)都有其自已的動態(tài)補(bǔ)償器的整定值。請注意在圖 5-1 和圖 .6-1 中動態(tài)補(bǔ)償?shù)奈恢谩?/p>

圖 5-1 動態(tài)補(bǔ)償

1.6 變壓運(yùn)行

      變壓或定壓運(yùn)行方式將通過 CRT 畫面來設(shè)置，主汽壓力的設(shè)定值用鍵盤來調(diào)整。

      在變壓方式下，把一基于機(jī)組而設(shè)計(jì)的程序投入運(yùn)行，該程序把機(jī)組發(fā)電量做為獨(dú)立的變量，在低負(fù)荷和高負(fù)荷工況分別建立兩個定壓區(qū)；而中間區(qū)域則是變壓區(qū)，定壓區(qū)與變壓區(qū)的連接點(diǎn)和變壓區(qū)的曲線斜率是通過 CRT 來確定。圖 .6-1 顯示了這種變壓控制。

圖 6-1 變壓控制

      必須注意的非常重要的一點(diǎn)是在變壓運(yùn)行方式下，允許操作汽機(jī) 閥門瞬時(shí)改變出力（小于 10% ）。但當(dāng)壓力達(dá)到新的設(shè)定值后閥門又返回到固定位置。

      舉個例子，當(dāng)接到增負(fù)荷指令以后，調(diào)節(jié)閥快速開大，以得到出力的突然增加而壓力不增加，這是一個過渡過程。而后隨著壓力設(shè)定值的上升，鍋爐開始響應(yīng)，閥門又回到了正確的穩(wěn)定位置上。

圖 6.1 中顯示有一條典型的壓力設(shè)定值曲線。

      負(fù)荷壓力曲線還有兩個重要的方面在變壓控制方式中需要考慮。一是儲能問題；另一個是蒸汽溫度控制問題。儲能與汽包壓力有關(guān)。

      在定壓方式下，負(fù)荷變化百分之一將引起汽包壓力變化大約 0.02Mp ；在變壓方式下，負(fù)荷變化百分之一將引起汽包壓力變化 0.27Mp 。

      一個特有的前饋信號用來處理儲能的變化。主汽壓力設(shè)定值的變化速率被加到鍋爐需求中。

      蒸汽溫度表現(xiàn)出一種用常用的反饋控制難以控制的樣式。首先在過燃燒時(shí)溫度升高，隨著越來越多的蒸汽產(chǎn)生，溫度開始下降。

      送到蒸汽溫度控制去的有一組前饋信號，其中包括用來打開噴水閥 r 主汽壓力變化率信號，以及用以關(guān)閉噴水閥的汽包壓力反信號（ -P D ）。這些信號在 DEB 系統(tǒng)中被綜合起來，然后形成一個單一前饋信號。

1.7 放熱量

      對所有燃燒控制系統(tǒng)的一個最基本的要求是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)或燃料的發(fā)熱值不是恒定值的時(shí)候，該系統(tǒng)能夠精確地測量輸給鍋爐的燃料量或者熱量。這個測量有任何誤差都能夠?qū)е虏涣嫉娜剂稀諝饪刂票壤瑥亩斐烧羝麥囟?、汽包水位和?fù)荷的擾動，因而引發(fā)控制回路之間的相互作用。如果這個測量誤差不能減至最小，負(fù)荷的變化幅度和變化率都會受到限制。

      傳統(tǒng)上，燃燒控制系統(tǒng)采取兩種基本方法來解決燃料測量問題，每一種都有其局限性。

      燃料直接測量是一個廣泛采用的方法，該方法在燃?xì)忮仩t中的應(yīng)用非常成功，但在煤粉鍋爐中的應(yīng)用卻非常不適宜。

      第二種傳統(tǒng)測量方法是一個以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的辦法，就是測量鍋爐的輸出量，也就是蒸汽流量或汽機(jī)的第一級壓力。該方法的主要局限性是：僅在穩(wěn)定狀態(tài)下，鍋爐的輸出方與能量的輸入成比例。

      鍋爐輸入與輸出更精確的關(guān)系應(yīng)包括鍋爐的儲能變化。鍋爐的輸出加上或減去鍋爐的儲能變化在穩(wěn)定或動態(tài)情況下都與鍋爐的輸入保持比例關(guān)系。

      在汽包型鍋爐中，大多數(shù)工作介質(zhì)（水和蒸汽）都在飽和溫度和壓力下，當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，溫度和焓也發(fā)生變化，事實(shí)表明大部分的儲能都存在于流體中。

      由于汽包壓力與流體熱焓基本上呈線性關(guān)系，因而汽包壓力是一個很好的儲能指標(biāo)。

      儲能的實(shí)際水平無需關(guān)心，因?yàn)樗c燃料輸入量無關(guān)。但儲能的變化卻具有非常大的重要性，因?yàn)樗侨紵首兓蛉剂系臒嶂底兓慕Y(jié)果

鍋爐中能量轉(zhuǎn)換的基本等式如下式：

鍋爐吸收的燃料放熱＝鍋爐輸出熱量＋儲能的變化量

該式可以寫成：

鍋爐吸收的燃料放熱＝ KP1 ＋ K1dP D /dt

P1 ＝汽機(jī)第一級壓力或鍋爐蒸汽流量

P D ＝汽包壓力

      在鍋爐吸收的燃料放熱量概念中，同主汽壓力偏差代表著鍋爐—汽機(jī)間平衡一樣，汽包壓力的變化速率 (dP D /dt) 標(biāo)志著鍋爐輸入輸出的平衡。當(dāng)汽包壓力不變時(shí)（ dP D /dt=0 ），鍋爐所吸收的燃料放熱等于鍋爐的熱量輸出。

1.8 使用被吸收的燃料放熱量信號的優(yōu)點(diǎn)

a. 獨(dú)立于燃料供給系統(tǒng)

      燃料輸入的變化與到達(dá)爐內(nèi)燃料的實(shí)際變化之間的延遲，對熱量計(jì)算而言無關(guān)緊要。

b. 匯總所有來源的燃料。

      熱量信號代表了熱值輸入，它計(jì)入來自所有來源的燃料，無論這些燃料是否被測量到。

c. 實(shí)時(shí)計(jì)算

      被吸收的燃料放熱量信號（簡稱熱量信號）的計(jì)算不依賴于諸如蒸汽溫度，煙氣溫度等大時(shí)間常數(shù)的變量來，從而確保該信號代表著在每一時(shí)刻的精確燃料流量。

d. 分辨燃料質(zhì)地的變化

      由于熱量信號能夠識別熱量輸入的任何變化，因此它可以相應(yīng)地修正燃料的輸入量，無需改變?nèi)剂狭恐噶睿绺淖內(nèi)剂狭恐噶顒t會給空氣流量造成擾動。

e. 在負(fù)荷變化時(shí)維持燃料空氣配比。

      在動態(tài)情況下的燃料精確測量，使人們可采用一個公共的指令信號來控制燃料和空氣，二者將以相同的量發(fā)生變化。

1.9 需求限制調(diào)節(jié)器（ DLR ）

      直接能量平衡系統(tǒng)可以確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因?yàn)樗辉试S鍋爐所輸入的燃料和空氣間有任何顯著的不平衡，正如當(dāng)鍋爐的某一輸入受到限制后，它將減小汽機(jī)的需求一樣，它也要減少鍋爐的指令以與被限制的輸入相匹配，這種因果關(guān)系的控制鏈?zhǔn)亲钭罹o密的。 D — E — B 考慮到了這一點(diǎn)，并采取了一定的措施，使得系統(tǒng)的負(fù)荷不會超出最小能力的鍋爐輸入的產(chǎn)出能力。

      需求限制調(diào)節(jié)器監(jiān)測著燃料、空氣和給水控制系統(tǒng)各自的流量偏差，一旦發(fā)現(xiàn)這些偏差之中任一個達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值，鍋爐指令信號的變化就會閉鎖，如果偏差超出了預(yù)定值，鍋爐指令信號將以與偏差值成正比的速率減少，直至平衡重新建立。

      同樣，如果在需求限制調(diào)節(jié)器兩端有一個大于設(shè)定值的偏差，則輸入至汽機(jī)的某一方向脈沖調(diào)節(jié)信號將被閉鎖，以防止擴(kuò)大機(jī)爐之間的不平衡。

      如果上述偏差超過了允許的范圍，則汽機(jī)將向縮小這個偏差的方向調(diào)節(jié)。

      需求限制調(diào)節(jié)器的特性是按減小燃料、空氣控制系統(tǒng)中流量信號偏差的要求，以一定的速率和數(shù)量去改變?nèi)剂匣蚩諝獾牧髁?。如果燃料或空氣的流量比相?yīng)的需求信號高且超出正常范圍，則鍋爐的需求將增加，相反，一個超常的低流量將減小鍋爐的需求。

      鍋爐需求的增加或減少將以與偏差的幅值成正比的速率發(fā)生，也就是當(dāng)偏差小時(shí)增減速率慢，偏差大時(shí)速率快。同時(shí)還將對汽機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)以保持機(jī)爐在限制條件下的平衡。

      該系統(tǒng)將保證在任何情況下使燃料和空氣流量與負(fù)荷的變化相匹配而不受交叉限制的局限。

1.10 輔機(jī)故障降負(fù)荷 (AUXILIARY LOSS RUNBACKS)

      除了需求限制調(diào)節(jié)器以外，電廠輔機(jī)的故障也能引發(fā)機(jī)組的降負(fù)荷（ RUN BACK ）。當(dāng)輔機(jī)故障發(fā)生時(shí)，切換系統(tǒng)控制到基本模式（ BASE MODE ）來操作鍋爐的運(yùn)行，鍋爐需求信號以一預(yù)置的速率（如 100% ／ min ）下降至一預(yù)置的限值，即到達(dá)一個負(fù)荷點(diǎn)，它等于系統(tǒng)中剩余輔機(jī)能提供的機(jī)組負(fù)荷量。系統(tǒng)中可以有多個快速降負(fù)荷回路，圖 10-1 所示即是快速降負(fù)荷回路。

圖 10-1

1.11 爐機(jī)平衡

      對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的一個主要要求是能按照要求調(diào)節(jié)燃燒率維持爐機(jī)間的平衡。維持爐機(jī)平衡的判據(jù)是主汽壓力 PT 。當(dāng) PT 保持在設(shè)定值時(shí)即是爐機(jī)間達(dá)到了靜態(tài)平衡狀態(tài)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通過利用主汽壓力控制器的輸出信號來修正鍋爐需求信號的方式來滿足上述要求。主汽壓力控制器通過 PID 算法對壓力偏差進(jìn)行修正。

      這種壓力控制器的積分過程可以稱之為“校正積分”，對于傳統(tǒng)的系統(tǒng)將主汽壓力恢復(fù)至設(shè)定值來說，它是一個基本組成部分。

      然而，使用這種校正積分有其缺點(diǎn)。首先對于燃用多種燃料的機(jī)組，在穩(wěn)態(tài)工況下，會因燃料質(zhì)地變化而產(chǎn)生小擾動，如果這種擾動發(fā)生時(shí)，壓力控制器積分作用可能與燃料輸入作用不協(xié)調(diào)，造成不穩(wěn)定的結(jié)果。其次，在負(fù)荷變動的整個過程中，由于被控過程的遲滯作用，壓力的偏差有可能始終不消失。

      在負(fù)荷變動結(jié)束時(shí)，隨著系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，燃燒過調(diào)必須去除。但由于積分作用在負(fù)荷變動期間對燃料輸入量的過調(diào)終將導(dǎo)致負(fù)荷變動結(jié)束時(shí)的壓力過調(diào)，這種情況之所以發(fā)生是因?yàn)閭鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)唯一能夠去除過調(diào)的方法是改變積分作用的代數(shù)符號。負(fù)荷變動斜率越陡峭，燃料輸入的過校正越劇烈，則在變動結(jié)束時(shí)壓力超調(diào)值越高。在負(fù)荷變動終結(jié)后，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定所需的時(shí)間將由于壓力偏差的存在而延長，而該壓力偏差又是為去掉壓力控制器中的積分累計(jì)所必需的。這些問題在以煤為燃料調(diào)節(jié)能量的鍋爐運(yùn)行中顯得十分突出。

      DEB 解決上述問題的方法是取消對該控制器的依賴。系統(tǒng)在燃料控制器中采用了一個獨(dú)特的前饋與反饋相結(jié)合的控制方案，該方案在燃料控制器中采用能量平衡信號（也即是能量需求 ) 作為前饋，以燃料實(shí)際發(fā)出能量值（熱量）的一個計(jì)算結(jié)果作為反饋信號。兩個信號量均不是任意值，而是通過被控過程校正的：

前饋＝能量平衡信號＝ P1/PT*PS

反饋＝鍋爐釋放的被汽機(jī)吸收的燃料熱＝ P1 ＋ dpD/dt

      燃料控制器調(diào)節(jié)燃料的輸入以維持前饋（設(shè)定值）與反饋（熱量信號）相等，這樣，燃料偏差（ EF ）可以寫成下式：

eF ＝ P1/PT ＊ PS- （ P1 ＋ dpD/dt ）

在穩(wěn)態(tài)， eF 和 dpD/dt 等于零；故而

0 ＝ P1/PT ＊ PS — P1

兩端被 P1 同除得： 0 ＝ PS/PT — 1

或： PT ＝ PS

      這樣，燃料控制器將調(diào)整燃料使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，屆時(shí)主汽壓力 PT 等于壓力設(shè)定值而不受汽壓偏差積分的不良影響。

      針對上述各部分的相互關(guān)系，如果你注意到由于燃燒品質(zhì)變化的燃料而帶來的“穩(wěn)定狀態(tài)”下的擾動問題（燃料品質(zhì)變化，導(dǎo)致系統(tǒng)的效率變化），就會發(fā)現(xiàn)， DEB 系統(tǒng)通過直接重新調(diào)整燃料輸入和重新建立原有的熱量值，修正了任何熱量值的變化。熱量信號的修正將自然地使壓力返回設(shè)定值，并改善機(jī)組的穩(wěn)定性。

      在負(fù)荷變動期間，前饋與代表實(shí)際燃燒狀態(tài)的熱量相匹配。為了保持熱量值在期望的定值上，在變動負(fù)荷時(shí)燃料輸入將適當(dāng)?shù)剡^調(diào)，該過調(diào)量根據(jù)汽包壓力變化率來決定。更重要的是當(dāng)汽包壓力穩(wěn)定下來后過調(diào)即除去，不象通常那種為達(dá)到相同功能而采用壓力積分方式的系統(tǒng)那樣要求主汽壓力過調(diào)。

      我們提供的系統(tǒng)在負(fù)荷變動結(jié)束時(shí)要比通常的系統(tǒng)穩(wěn)定得多，因?yàn)槿剂系恼{(diào)節(jié)是與前饋信號數(shù)值及變化率成比例進(jìn)行的，該信號能夠精確計(jì)算需求量而不必采用在功能上為克服偏差而沿用的積分算法。這樣作的好處在于在負(fù)荷變化期間改善了系統(tǒng)的響應(yīng)，并在負(fù)荷達(dá)到希望值以后加速使運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

1.12 燃料控制

      通過動態(tài)補(bǔ)償和主汽壓力修正等調(diào)整后的能量平衡信號就變成了燃燒率需求信號，將該信號與燃料輸入信號測量值相比較后得到的偏差信號送至燃料流量控制器。這個控制器提供常規(guī)比例積分調(diào)節(jié)。此外，它接收來自需求信號及需求速率信號的前饋?zhàn)饔谩＿@一前饋?zhàn)饔檬谷剂狭髁靠刂茖π枨蟮淖兓焖夙憫?yīng)，過程偏差很小。因而燃料流量控制系統(tǒng)對于需求的響應(yīng)就不依賴于控制器的積分參數(shù)的調(diào)整了。

      燃料輸入信號是由熱量計(jì)算模塊算出來的，該算法塊以蒸汽流量作為能量輸出的測量值，以汽包壓力作為儲能測量值。

      它以這樣的原理運(yùn)行：鍋爐的能量輸入等于能量輸出加上儲能的變化。

      雖然熱量信號被用來作為控制器的反饋信號。但為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，所有燃料量還經(jīng)過計(jì)量，計(jì)量值再與熱量信號值進(jìn)行比較，其偏差量如超過正常值將使控制切換成手動控制方式。這樣安排是為了防止當(dāng)燃料反饋信號喪失時(shí)導(dǎo)致燃料輸入量過度增加。

      系統(tǒng)將根據(jù)投運(yùn)的磨煤機(jī)臺數(shù)來維持燃料的總需求，隨著磨煤機(jī)逐臺退出運(yùn)行或針對某臺特定磨煤機(jī)的燃料需求被減小時(shí)，其它磨煤機(jī)的輸出將自動增加而不會改變過程變量。

圖 12-2 采用熱量信號和燃料控制

      磨煤機(jī)都配有一個手動控制站，通過燃料輸入站可以對燃料輸入量置入偏置量，這個偏置量是相對于總需求來調(diào)整的。

      對不同的制粉系統(tǒng)，燃料控制通過改變不同的變量如給煤機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)或磨一次風(fēng)量等來實(shí)現(xiàn)。燃料控制器的整定參數(shù)則根據(jù)投入自動的磨煤機(jī)臺數(shù)或給粉機(jī)臺數(shù)，通過適應(yīng)整定算法使其改變。

1.13 二次風(fēng)控制

      用于燃料控制的鍋爐需求信號也同樣用于風(fēng)量的控制。該信號首先被過剩風(fēng)量修正。

圖 .13-1 空氣量控制和前饋

      兩個氧量信號的平均值與一個程序產(chǎn)生的設(shè)定值進(jìn)行比較，該定值控制程序是一個有關(guān)負(fù)荷（ P1 ）和燃料量的函數(shù)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)，該函數(shù)輸出高值；函數(shù)輸出隨負(fù)荷的升高而下降。對于每種燃料，該函數(shù)的最大值、最小值和斜坡變化率等均可通過 CRT 來選擇。為操作員提供了一幅氧量控制畫面，在同組畫面還包含了燃料／空氣比主控制器。

      風(fēng)量控制系統(tǒng)先產(chǎn)生了對二臺送風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)向葉片的總需求量。然后將該需求量分配到兩臺送風(fēng)機(jī)分別控制。當(dāng)其中一臺處于手動控制，并通過手動／自動控制站操作時(shí)，處于自動控制下的送風(fēng)機(jī)導(dǎo)向葉片將自動朝相反方向調(diào)節(jié)以使輸入鍋爐的總風(fēng)量保持不變。

1.14 爐膛壓力控制

      爐膛壓力控制是靠調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)葉片傾角或出口擋板開度來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)符合美國國家防火協(xié)會（ NFPA ）的規(guī)范。系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)三個壓力變送器用于壓力控制。如果壓力變送器監(jiān)測到爐膛壓力過高過低，引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)將在某一方向?qū)嵭虚]鎖，以防止壓力向更加過量的方向調(diào)節(jié)。

      壓力系統(tǒng)采用了變送器信號的中值，如果在兩個變送器之間出現(xiàn)壓力偏差，系統(tǒng)將報(bào)警，如果所有變送器間出現(xiàn)了不允許的差值，控制回路將切換成手動控制。

      系統(tǒng)中還有一個采自送風(fēng)機(jī)導(dǎo)向葉片或出口擋板位置的前饋信號，送風(fēng)機(jī)葉片或出口擋板位置的改變將引起引風(fēng)機(jī)葉片或出口擋板位置的改變，即使在送風(fēng)機(jī)處在手動操作方式下也如此。

      當(dāng)主燃料跳閘（ MFT ）發(fā)生時(shí)，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉或出口擋板首先被從原位置以一定百分比關(guān)小，經(jīng)過一段延時(shí)后返回到比初始位置低一些的位置上。

1.15 給水控制

      給水控制系統(tǒng)中是一個采用蒸汽流量，給水流量和壓力補(bǔ)償水位的三沖量控制系統(tǒng)。蒸汽流量被適當(dāng)?shù)販笠匝a(bǔ)償水位膨脹和收縮，它用于對給水流量的設(shè)定。水位信號是經(jīng)過壓力補(bǔ)償?shù)牟⑴c設(shè)定值比較。控制器根據(jù)該水位偏差量，于給水流量和蒸汽流量之間產(chǎn)生一個偏置量或稱修正信號以水位維持在希望值上。給水量偏差通過控制器的作用產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)慕o水流量改變量。

      主蒸汽流量可通過主蒸汽溫度和汽機(jī)第一級壓力計(jì)算出來的或測取流量信號修正后使用。過熱器噴水流量從主蒸汽流量中減去以后得到的是實(shí)際上流出汽包的蒸汽流量。這還取決于管路狀況和在哪里取得噴水流量。當(dāng)然，汽機(jī)旁路流量也必須加進(jìn)去。

      主給水流量要經(jīng)過計(jì)算和密度補(bǔ)償，該信號也送至除氧器水位控制器。

      在非常低的負(fù)荷工況下，投入單沖量控制系統(tǒng)運(yùn)行。操作員可通過 CRT 來選擇該系統(tǒng)投入與否。

      無論在單沖量還是三沖量模式下，系統(tǒng)都可同時(shí)控制兩臺汽動給水泵和一臺電動給水泵?？刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生一個給水總流量需求信號，并將該信號根據(jù)投運(yùn)泵臺數(shù)和單臺容量分配給不同的泵。這個工作首先通過兩個參與算法將需求量分別分配給汽動泵和電動泵，然后每個汽動泵又有其自己的參與算法，再考慮在手控站或 CRT 上設(shè)定的對泵的偏置量，將汽動泵需求量分配給不同的汽動泵。

      除氧器控制也是三沖量的，它們是冷凝水流量，給水流量和除氧器水位。在低負(fù)荷工況時(shí)也是采用一個單沖量控制系統(tǒng)，并可在 CRT 上選擇使用。

      每個給水泵有其再循環(huán)控制系統(tǒng)，對每個泵的最小流量指令則根據(jù)泵的差壓來決定，并使用調(diào)節(jié)控制。

1.16 一次風(fēng)控制

      通入磨煤機(jī)的一次風(fēng)是由一組獨(dú)立的一次風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的，一次風(fēng)道壓力通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口葉片來維持。

      在負(fù)荷變化范圍內(nèi)，通過磨煤機(jī)的一次風(fēng)量由向相同方向改變冷熱風(fēng)擋板來改變。一次風(fēng)量在球磨煤機(jī)進(jìn)口處測得，并根據(jù)風(fēng)溫進(jìn)行補(bǔ)償，這樣，在由于煤的水份含量改變而造成風(fēng)溫變化的情況下，能確保風(fēng)的重量流量為恒定。

      球磨機(jī)出口的風(fēng)煤混合物的溫度由溫度控制器來調(diào)節(jié)，溫度采樣取自球磨機(jī)出口。該溫度保持恒定，不因給煤率和煤中的水份含量而改變。用來干燥煤的熱量是由一次風(fēng)預(yù)熱器出口的熱風(fēng)提供的。磨出口溫度與設(shè)定值如有偏差，溫度控制器就控制兩個擋板（指冷風(fēng)擋板和熱風(fēng)擋板）使其向相反方向動作，這樣不會影響磨煤機(jī)的總風(fēng)量。

1.17 汽溫控制

      過熱汽溫的控制是通過控制兩個相串聯(lián)的過熱器段的噴水而實(shí)現(xiàn)的。這就是中間汽溫控制和末級汽溫控制。提供兩套系統(tǒng)，每一側(cè)過熱器有一套。

      在末級過熱汽溫控制系統(tǒng)中，末級過熱汽溫與一手動設(shè)定值相比較，結(jié)果形成的控制信號又與末級過熱器入口汽溫相比較，最后去控制噴水閥。

      中間過熱汽溫控制系統(tǒng)將中間過熱器出口汽溫與一手動設(shè)定值比較，結(jié)果形成的控制信號又與中間過熱器入口汽溫進(jìn)行比較，然后去調(diào)節(jié)噴水閥。

      對四個噴水閥都提供了自動／手動站。這些站上有閥位指示和溫度偏差指示。此外，每個站都有一個溫度定值，兩個是中間過熱器出口汽溫的定值，兩個是末級過熱器出口汽溫的定值。這種安排使得運(yùn)行員能對過熱器兩側(cè)的溫度進(jìn)行偏置。

      另有一個前饋信號用來處理蒸汽潛熱的變化，這種變化是伴隨著變壓運(yùn)行而來的。在壓力實(shí)行滑動時(shí)， 5 分鐘后，未經(jīng)控制的汽溫就會增高近 11 ℃ 。以后在下一個 15 分鐘，又要下降近 28 ℃ 。用一般的反饋控制技術(shù)難以對付這種情況。

      系統(tǒng)中采用的前饋信號由兩個成份組成，一是主汽壓力定值變化速率，它用來在一開始就打開噴水閥去阻止汽溫的自然升高；另一個成份是負(fù)的汽包壓力信號，其作用是在汽溫開始下降前去關(guān)噴水閥。

      系統(tǒng)也提供了對噴水調(diào)節(jié)閥前的截止閥的控制。對于噴水的第一個要求就是先輸出一閉接點(diǎn)，打開截止閥，這一接點(diǎn)要保持閉合，以使該截止閥能打開。等到系統(tǒng)測得表示截止閥全開狀態(tài)的接點(diǎn)已閉合，噴水閥才打開。當(dāng)兩個噴水閥都已全關(guān)，該截止閥才關(guān)閉。

      系統(tǒng)還提供有超馳作用。當(dāng)主燃料跳閘（ MFT ）或負(fù)荷低于 30% 時(shí)，關(guān)閉噴水閥和截止閥。

      再熱器出口汽溫是通過控制擺動噴燃器的位置或煙氣擋板位置和再熱器減溫噴水閥來維持的。在再熱汽溫控制中采用同樣的前饋信號。

      當(dāng)溫度高時(shí)，噴燃器位置要調(diào)低。如溫度仍然高，就要求打開噴水閥。兩個噴水閥上游的一個截止閥首先打開。如果噴燃器到達(dá)最低極限位置之前，汽溫達(dá)到不容許的值，則噴水閥將打開。當(dāng)溫度下降，則過程向反向進(jìn)行。

      每個噴水閥都有一個自動／手動站。還有一個自動／手動站是為擺動噴燃器提供的。